JVM

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。
Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。而使用Java虚拟机是实现这一特点的关键。一般的高级语言如果要在不同的平台上运行，至少需要编译成不同的目标代码。而引入Java语言虚拟机后，Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行字节码时，把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。这就是Java的能够“一次编译，到处运行”的原因。

JAVA内存区域及使用分配

1、程序计数器

程序计数器（Program CounterRegister）是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。此内存区域是唯一一个在Java 虚拟机规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

2、Java 虚拟机栈

每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧(Stack Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

3、本地方法栈

本地方法栈（Native MethodStacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java 方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native 方法服务。

4、Java 堆

此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。这一点在Java 虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配，不是“绝对”的。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，按照分代收集算法的划分，堆内存空间可以继续细分为年轻代，老年代。年轻代又可以划分为较大的Eden区，两个同等大小的From Survivor,To Survivor区。默认的Eden区和Survivor区的大小比例为8:1:1，这个比例可以调节。在为新创建的对象分配内存的时候先将对象分配到Eden区和From Survivor区，在立即回收时，会将Eden区和Survivor区还存活的对象复制到To Survivor区中，如果To Survivor区的大小不能容纳存活的对象，会把存活的对象分配到老年区。总体来说，新创建的小对象会放在年轻代，年轻代的对象大多在下一次垃圾回收时被回收，老年代存储大的对象和存活时间长的对象。

JVM堆

永久代（Perm）：主要保存class，method，field等对象，该空间大小，取决于系统启动加载类的数量，一般该区域内存溢出均是启动时溢出。java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

老年代（Old）：一般是经过多次垃圾回收（GC）没有被回收掉的对象

新生代（Eden）：新创建的对象，

新生代（Survivor0）：经过垃圾回收（GC）后，没有被回收掉的对象

新生代（Survivor1）：同Survivor0相同，大小空间也相同，同一时刻Survivor0和Survivor1只有一个在用，一个为空

JVM堆的配置

1. JVM运行时堆的大小 　　
   -Xms堆的最小值 　　
   -Xmx堆空间的最大值
2. 新生代堆空间大小调整 　　
   -XX:NewSize新生代的最小值 　　
   -XX:MaxNewSize新生代的最大值 　　
   -XX:NewRatio设置新生代与老年代在堆空间的大小
   -XX:SurvivorRatio新生代中Eden所占区域的大小
3. 永久代大小调整 　　
   -XX:MaxPermSize
4. 其他 　
   -XX:MaxTenuringThreshold,设置将新生代对象转到老年代时需要经过多少次垃圾回收，但是仍然没有被回收。

5、方法区（非堆）

方法区（Method Area）与Java 堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

6、直接内存

直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域，但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError 异常出现。在JDK 1.4 中新加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java 堆和Native 堆中来回复制数据。
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GC的三种收集算法的原理和特点，用途，优化思路

三种垃圾收集算法：复制算法，标记-清除算法、标记-整理算法

标记-清除算法：首先标记出所有需要回收的对象，标记完成后统一回收所有被标记的对象。缺点：标记和清除两个过程效率都不高；标记清楚后会产生空间碎片，空间碎片导致分配较大对象时可能提前出发垃圾回收。

复制算法: 将可用内存分为两个区域，每次只使用其中一块，当使用的那一块内存用完时，将还存活的对象复制到另外一块内存中，然后把已使用过的内存空间一次清理掉。优点：解决的空间碎片问题，实现简单。缺点：将内存缩小为两块，内存使用率不高。复制操作频繁效率变低。

标记-整理算法：可回收对象标记后，让所有存活的对象向一端移动，然后清理掉边界以外的内存。优点：不会产生空间碎片，比复制算法提高了内存空间利用率。

复制算法用在年轻代的垃圾回收中，标记整理和标记清除算法用在老年代垃圾回收的收集器中。

类加载过程：加载、验证、准备、解析、初始化

虚拟机的类加载机制就是把描述类的数据从Class文件（或者其他途径）加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型。

加载：
1.通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流
2、将这个字节流所戴晓的静态结构转化为方法区的运行时数据结构
3、在内存中生成一个代表这个类的Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

验证：
1、文件格式验证，保证输入的字节流在格式上符合Class文件的格式规范，保证输入的字节流能正确的解析，只有通过这个验证，字节流才会存储在方法区之内
2、元数据验证，对类的元数据进行语义校验，保证类描述的信息符合Java语言规范。比如验证类的是否实现了父类或者接口中的方法等
3、字节码验证，通过数据流和控制流的分析，确保类的方法符合逻辑，不会在运行时对虚拟机产生危害
4、符号引用校验，发生在解析阶段，确保解析阶段将符号引用转化为直接饮用的正常执行。

准备：正式为类变量（static）分配内存，并设置类变量初始值（数据类型的零值），这些变量所使用的内存在方法区中分配。

解析： 虚拟机将常量池内的符号引用转化为直接饮用，解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行。

初始化： 初始化阶段才真正执行类中定义的Java代码，初始化阶段是执行类构造器方法的过程。方法（类构造器）是由编译器自动收集类中的静态变量和静态代码块合并产生的。子类和父类的初始化过程优先级为：父类类构造器->子类类构造器->父类对象构造函数->子类对象构造函数。类中静态类变量和静态代码块是按照在类中定义的顺序执行的。